多チャンネル高精度検出器読み出し用高速応答高密度低消費電力VLSIの開発

• 研究課題/領域番号: 63840005
• 研究種目: 試験研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 核・宇宙線・素粒子
• 研究機関: 高エネルギー物理学研究所
• 研究代表者: 池田 博一 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (10132680)
• 研究分担者: 大杉 節 広島大学, 理学部, 助教授 (30033898) ; 稲葉 進 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (10013434) ; 近藤 敬比古 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 教授 (30150006) ; 渡瀬 芳行 高エネルギー物理学研究所, データ処理センター, 教授 (70018662) ; 新井 康夫 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (90167990) ; INABA S. KEK, Physics Dept., Assistant Professor ; WATASE Y. KEK, Computer Center, Professor ; ARAI Y. KEK, Physics Dcpt., Research Associate ; KONDO T. KEK, Physics Dept., Professor ; OHSUGI T. Hiroshima Univ., Faculty of Sci., Assistant Professor ; 浅井 慎 広島工業大学, 電気工学科, 助手 (40192926)
• 研究期間 (年度): 1988 – 1990
• 研究課題ステータス: 完了 (1990年度)
• 配分額: 19,700千円 (直接経費: 19,700千円); 1990年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 1989年度: 7,400千円 (直接経費: 7,400千円); 1988年度: 11,000千円 (直接経費: 11,000千円)
• キーワード: 高エネルギ-物理学 / VLSI / シリコンストリップ検出器 / 放射線損傷 / 前置増幅器 / 時間差測定回路 / 高速バイポ-ラ集積回路 / 高速CMOS集積回路 / サブミクロンCMOS集積回路 / 高エネルギー物理学 / データ収集 / ファースト・エレクトロニクス / ASIC / 高速バイポーラ技術 / サブミクロンCMOS技術 / 時間測定回路

研究概要

本研究は昭和63年度から平成2年度まで3年間にわたって、大規模集積回路技術を高エネルギ-物理学の粒子検出器へ応用するための開発研究を行ったものである。特に前置増幅器、時間差測定回路等のアナログエレクトロニクスについてVLSI化を図ることによって、高速応答、高集積かつ低消費電力化のための研究がおこなわれた。さらにこれらのエレクトロニクスは高度のガンマ-線及び高速中性子朿の環境で使用される可能性があるので、回路素子の放射線耐性、及びシリコン検出器の放射線損傷についても評価が行なわれた。また集積回路の具体的応用の可能性を検証するためにデ-タ収集システムのシミュレ-ション、またASIC技術によるプロトタイプ化の試みがおこなわれた。
本研究によって高速コンピュ-タによる回路シミュレ-ション技術、CADによるマスクレイアウト技術、設計の検証技術、および集積回路の評価技術が確立し、CMOS時間差測定用VLSI、またはシリコン検出器読み出し用増幅器アレ-として具体化している。CMOS時間差測定用VLSIは4チャンネル内蔵の実用規模の回路でCAMAC規格による電子モジュ-ル化がおこなわれ、詳細な評価が行なわれている。シリコン検出器用増幅器アレ-は高度の放射線耐性をもつバイポ-ラVLSIで高速整形、低雑音、高密度化を達成した。現状では75ミクロンの間隔で96チャンネルの回路を集積化するに到っている。これらの経験をもとに周辺技術の整備と合わせて、より広範な技術の展開及び粒子検出器としてのシステム化の見通しを得る事ができた。

研究成果

• [文献書誌] H.Ikeda: "Radiation Damage of Bipolar SST Due To Fast Neutrons" Nucl.Instr.and Meth.A281. 508-511 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Ikeda: "Radiation Damage of Bipolar SST Due to Gamma Ray of Coー60" Nucl.Instr.and Meth.A290. 462-468 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Ikeda: "Monolithic Shaper Amplifier for MultiーAnode RMT Readout" Nucl.Instr.and Meth.A292. 439-444 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Ikeda: "Evaluation of Bipolar Amplifier Prototype for Silicon Strip Readout" Nucl.Instr.and Meth.A300. 335-342 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Ikeda: "Readout Electronics of MultiーAnode Photomultiplier Tubes for Scintillation Fiber Calorimeter" IEEE Transactions on Nucl.Sci.NSー38. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Tanaka: "Development of Monolithic TimeーtoーAmplitude Converter for High Precision TOF Measurement" IEEE Transactions on Nucl.Sci.NSー38. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H. Ikeda and N. Ujiie: "Radiation Damage of Bipolar SST Due To Fast Neutrons" Nucl. Instr. and Meth.A281. 508-511 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Ikeda and N. Ujiie: "Radiation Damage of Bipolar SST Due to Gamma Ray of Co-60" Nucl. Instr. and Meth.A290. 462-468 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Ikeda, M. Ikeda, S. Inada, and F. Takasaki: "Monolithic Shaper Amplifier for Multi-Anode PMT Readout" Nucl. Instr. and Meth.A292. 439-444 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Ikeda, N. Ujiie, K. Kawaguchi, and Y. Akazawa: "Evaluation of Bipolar Amplifier Prototype for Silicon Strip Readout" Nucl. Instr. and Meth.A300. 1991 (335-)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Ikeda, M. Ikeda, S. Inaba, F. Takasaki, and M. Tanaka: "Readout Electronics of Multi-Anode photomultiplier Tubes for Scintillation Fiber Calorimeter" IEEE Trans. on Nucl. Sci.NS-38. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M. Tanaka, H. Ikeda, M. Ikeda, and S. Inaba: "Development of Monolithic Time-to-Amplitude Converter for High Precision TOF Measurement" IEEE Trans. on Nucl. Sci.NS-38. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Ikeda,M.Ikeda,S.Inaba,F.Takasaki,and M.Tanaka: "Readout Electronics of MultiーAnode Photomultiplier Tubes for Scintillation Fiber Calorimeter" IEEE Transactions on Nuclear Science. NSー38. (1991)
• [文献書誌] H.IKEDA,N.Ujiie,K.Kawaguchi and Y.Akazawa: "Evaluation of a bipolar amplifier protorype for silicon strip detector" Nuclear Instr.and Meth.A300. 335-342 (1991)
• [文献書誌] M.Tanaka,H.Ikeda,M.Ikeda,and S.Inaba: "Development of monolithic timeーtoーamplitude converter for high precision TOF measurement." IEEE Transactions on Nuclear Science. NSー38. (1991)
• [文献書誌] S.Inaba,K.Anraku and M.Imori: "Low Power TAC&ADC Circuits for Balloon Borne Experiments" IEEE Transaction on Nuclear Science. (1990)
• [文献書誌] H.Ikeda and N.Ujiie: "Radiation Damage of Bipolar SST Due To Fast Neutrons" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A281. 508-511 (1989)
• [文献書誌] H.Ikeda and N.Ujiie: "Radiation Damage of Bipolar SST Due to Gamma Ray of Coー60" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. (1990)
• [文献書誌] H.Ikeda,M.Ikeda,S.Inaba and F.Takasaki: "Monolithic Shaper Amplifier for MultiーAnode PMT Reabout" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. (1990)
• [文献書誌] Y.Arai;T.Ohsugi: Transacion on Nucl.Sci.NS-36. (1989)
• [文献書誌] H.Ikeda;N.Ujiie,Y.Akazawa: Transaction on Nucl.Sci.NS-36. (1989)
• [文献書誌] T.Tanimoro;H.Ikega,M.Mori;K.Kihara;H.Kitagawa;Y.Haren: Transaction on Nucl.Sci.NS-36. (1989)